Slide - Transistor Bipolar de Junção - Dispositivos e Circuitos Eletrônicos Básicos - 2023-2

Transistor Bipolar de Junção Transistor Bipolar de Junção (TBJ) Prof. Gabriel Azevedo Fogli gabrielfogli@gmail.com b c e b Ie Ic Ic=α Ie re Ic=βIb b c e e Ib Ic Disciplina: Dispositivos e Circuitos Eletrônicos Básicos Base-comum Grande sinais Transistor Bipolar de Junção Introdução • Os Transistores Bipolares de Junção (TBJ ou BJT) são dispositivos semicondutores de três terminais; • Suas aplicações vão desde amplificação de sinais até o projeto de circuitos lógicos digitais e de memória. Também pode ser utilizado para que o dispositivo funcione como uma chave. • O principio básico envolvido nesses dispositivos e o uso de uma tensão entre dois terminais para controlar o fluxo de corrente no terceiro terminal; • Portanto, ele pode ser usado como uma fonte de corrente controlada; Transistor Bipolar de Junção 1º transistor : 23/12/1947. Conceitos Históricos Tipos de transistores: – PNP – NPN Nome dos terminais: – Coletor (C) – Base (B) – Emissor (E) Fonte do desenho do 1º transistor: https://www.techtudo.com.br/artigos/noticia/2012/10/os-primeiros-transistores.html Demais imagens: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. Transistor Bipolar de Junção Estrutura simplificada do transistor • NPN • PNP • Os transistores possuem duas junções: A junção emissor-base (JEB); A junção coletor-base (JCB). • A condição de polarização das junções definem o modo de operação. • Modo Ativo: TBJ opera como amplificador; • Modo Corte e Saturação: TBJ opera como chave; Polarização da junção: Modo: Corte Ativo Saturação Emissor-base Reversa Direta Direta Coletor-base Reversa Reversa Direta Transistor Bipolar de Junção • A corrente do emissor é a soma das correntes: 𝐼𝐸 = 𝐼𝐶 + 𝐼𝐵 • A corrente do coletor e da base são relacionadas pelo parâmetro (β ou ℎ𝐹𝐸): 𝐼𝐶 = β𝐼𝐵 • O parâmetro β é o ganho de corrente na configuração emissor comum. • Neste modo a tensão (𝑉𝐵𝐸=0,7). Operação: Modo Ativo 𝐼𝐵 𝐼𝐶 = 𝐼𝐵 𝐼𝐸 = 𝐼𝐶 + 𝐼𝐵 Polarização da junção: Modo: Corte Ativo Saturação Emissor-base Reversa Direta Direta Coletor-base Reversa Reversa Direta 𝐼𝐵 𝐼𝐶 = 𝐼𝐵 𝐼𝐸 = 𝐼𝐶 + 𝐼𝐵 Transistor Bipolar de Junção Análise de circuitos com BJT • O BJT da figura abaixo apresenta β=100. Calcule as tensões e correntes no circuito. Transistor Bipolar de Junção Análise de circuitos com BJT • O BJT da figura abaixo apresenta β=100. Calcule as tensões e correntes no circuito. Transistor Bipolar de Junção Análise de circuitos com BJT • E se o BJT for PNP (β = 100)? Transistor Bipolar de Junção Polarização • Aplicação de tensão CC nos terminais do TBJ para estabelecer valores fixos de tensão e corrente, e assim, polarizar as suas junções. • Visto que o ponto de operação é fixo, também é comum denominá-lo de ponto quiescente. Transistor Bipolar de Junção Transistor Bipolar de Junção (TBJ) Prof. Gabriel Azevedo Fogli gabrielfogli@gmail.com b c e b Ie Ic Ic=α Ie re Ic=βIb b c e e Ib Ic Base-comum Grande sinais Transistor Bipolar de Junção Corte e Saturação do TBJ • Para funcionar como chave, o TBJ deve trabalhar nas regiões de corte e saturação; Transistor Bipolar de Junção Corte e Saturação do TBJ • Aplicação como Chave: • Na saturação, a corrente 𝐼𝐶 é muito alta e a tensão 𝑉𝐶𝐸 é muito baixa. • O resultado é um valor de resistência pequena entre os dois terminais (C e E) dado por: 𝑅𝑠𝑎𝑡≈ 𝑉𝐶𝐸𝑠𝑎𝑡 𝐼𝐶𝑠𝑎𝑡 0 V VCE RE C R CC V C I = + = Transistor Bipolar de Junção Corte e Saturação do TBJ • Aplicação como Chave: • Na região de corte o valor de 𝐼𝐶𝐸𝑂 é muito pequeno e o valor de 𝑉𝐶𝐸 ≈ 𝑉𝐶𝐶; • Com isso, tem-se uma resistência grande entre o coletor e o emissor, dada por: 𝑅𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 ≈ 𝑉𝐶𝐶 𝐼𝐶𝐸𝑂 0 mA I V V C CC CE = = Saturação: 𝑉𝐶𝐸𝑠𝑎𝑡 = 90𝑚𝑉 e 𝐼𝐶𝑠𝑎𝑡 = 100𝑚𝐴 𝑅𝑠𝑎𝑡 = 0,9Ω ≈ 0 Corte: 𝑉𝐶𝐸 = 45𝑉 e 𝐼𝐶𝑂 = 15𝑛𝐴 𝑅𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 ≈ ∞ Exemplo de valores para o BC547: Transistor Bipolar de Junção Corte e Saturação do TBJ • Porta lógica inversora; • Necessário que o TBJ seja comutado do corte para saturação; – 𝐼𝐶 = 𝐼𝐶𝑂 = 0A, quando 𝐼𝐵 = 0𝐴; – 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐸𝑠𝑎𝑡 = 0𝑉, ao invés de adotar um valor em torno de 0,3V. Transistor Bipolar de Junção Corte e Saturação do TBJ • Porta lógica inversora; • Necessário que o TBJ seja comutado do corte para saturação; – 𝐼𝐶 = 𝐼𝐶𝑂 = 0A, quando 𝐼𝐵 = 0𝐴; – 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐸𝑠𝑎𝑡 = 0𝑉, ao invés de adotar um valor em torno de 0,3V. Transistor Bipolar de Junção Corte e Saturação do TBJ • Porta lógica inversora; • Necessário que o TBJ seja comutado do corte para saturação; – 𝐼𝐶 = 𝐼𝐶𝑂 = 0A, quando 𝐼𝐵 = 0𝐴; – 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐸𝑠𝑎𝑡 = 0𝑉, ao invés de adotar um valor em torno de 0,3V. Transistor Bipolar de Junção Transistor Bipolar de Junção (TBJ) Prof. Gabriel Azevedo Fogli gabrielfogli@gmail.com b c e b Ie Ic Ic=α Ie re Ic=βIb b c e e Ib Ic Base-comum Grande sinais Transistor Bipolar de Junção Próximos passos? 1. Polarização fixa 2. Polarização do emissor 3. Polarização por divisor de tensão 4. Realimentação de coletor Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. Transistor Bipolar de Junção 1- Polarização fixa a) Malha Base-emissor: 𝑉𝐶𝐶 = 𝐼𝐵𝑅𝐵 + 𝑉𝐵𝐸 𝐼𝐵 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸 𝑅𝐵 𝑉𝐵𝐸 = 𝑉𝐵 − 𝑉𝐸 𝐼𝐸 = 𝐼𝐵 + 𝐼𝐶 = (β + 1)𝐼𝐵 Por simplicidade, para elevados valores de β pode-se assumir: 𝐼𝐸 ≅ 𝐼𝐶 b) Malha Coletor-emissor: 𝑉𝐶𝐶 = 𝑅𝐶𝐼𝐶 + 𝑉𝐶𝐸 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝑅𝐶𝐼𝐶 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝑅𝐶β𝐼𝐵 𝑽𝑪𝑬 = 𝑽𝑪 − 𝑽𝑬 = 𝑽𝑪 𝐼𝐶 = β𝐼𝐵 𝐼𝐸 = 𝐼𝐵 + 𝐼𝐶 = (β + 1)𝐼𝐵 Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. 𝑉𝐵𝐸 ≅ 0,7𝑉 Transistor Bipolar de Junção Variação do β no TBJ BC337 Fonte:<http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/vishay/85112.pdf> Transistor Bipolar de Junção 2- Polarização do emissor a) Malha base-emissor: 𝑉𝐶𝐶 = 𝐼𝐵𝑅𝐵 + 𝑉𝐵𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 = 𝐼𝐵 𝑅𝐵 + β + 1 𝑅𝐸 + 𝑉𝐵𝐸 𝐼𝐵 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸 𝑅𝐵 + β + 1 𝑅𝐸 𝑉𝐵 = 𝑉𝐵𝐸 + 𝑉𝐸 = 𝑉𝐵𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 b) Malha Coletor-emissor: 𝑉𝐶𝐶 = 𝑅𝐶𝐼𝐶 + 𝑉𝐶𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶𝑅𝐶 − 𝐼𝐸𝑅𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − β𝐼𝐵𝑅𝐶 − β + 1 𝐼𝐵𝑅𝐸 Assumindo 𝐼𝐸 ≅ 𝐼𝐶: 𝑽𝑪𝑬 ≅ 𝑽𝑪𝑪 − 𝑰𝑬(𝑹𝑪 + 𝑹𝑬) 𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐸 + 𝑉𝐸 = 𝑉𝐶𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 𝐼𝐶 = β𝐼𝐵 𝐼𝐸 = 𝐼𝐵 + 𝐼𝐶 = (β + 1)𝐼𝐵 Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. 𝑉𝐵𝐸 ≅ 0,7𝑉 A adição de RE melhora a estabilização do circuito de polarização. Transistor Bipolar de Junção Exemplo Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. Considere o circuito abaixo operando na região ativa. Determine as tensões e correntes nos terminais Coletor, Base e Emissor. Transistor Bipolar de Junção Exemplo a) Malha base-emissor: 𝑉𝐶𝐶 = 𝐼𝐵𝑅𝐵 + 𝑉𝐵𝐸 𝐼𝐵 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸 𝑅𝐵 𝑉𝐵𝐸 = 𝑉𝐵 − 𝑉𝐸 𝐼𝐸 = 𝐼𝐵 + 𝐼𝐶 = (β + 1)𝐼𝐵 Por simplicidade, para elevados valores de β pode-se assumir: 𝐼𝐸 ≅ 𝐼𝐶 b) Malha Coletor-emissor: 𝑉𝐶𝐶 = 𝑅𝐶𝐼𝐶 + 𝑉𝐶𝐸 𝑽𝑪𝑬 = 𝑽𝑪𝑪 − 𝑹𝑪𝑰𝑪 = 𝑽𝑪𝑪 − 𝑹𝑪𝜷𝑰𝑩 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶 − 𝑉𝐸 = 𝑉𝐶 Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. Considere o circuito abaixo operando na região ativa. Determine as tensões e correntes nos terminais Coletor, Base e Emissor. Transistor Bipolar de Junção Exemplo Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. Considere o circuito abaixo operando na região ativa. Determine as tensões e correntes nos terminais Coletor, Base e Emissor. Transistor Bipolar de Junção Exemplo Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. a) Malha Base-emissor: 𝑉𝐶𝐶 = 𝐼𝐵𝑅𝐵 + 𝑉𝐵𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 = 𝐼𝐵 𝑅𝐵 + β + 1 𝑅𝐸 + 𝑉𝐵𝐸 𝐼𝐵 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸 𝑅𝐵 + β + 1 𝑅𝐸 𝑉𝐵 = 𝑉𝐵𝐸 + 𝑉𝐸 = 𝑉𝐵𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 b) Malha Coletor-emissor: 𝑉𝐶𝐶 = 𝑅𝐶𝐼𝐶 + 𝑉𝐶𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶𝑅𝐶 − 𝐼𝐸𝑅𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − β𝐼𝐵𝑅𝐶 − β + 1 𝐼𝐵𝑅𝐸 Assumindo 𝐼𝐸 ≅ 𝐼𝐶: 𝑽𝑪𝑬 ≅ 𝑽𝑪𝑪 − 𝑰𝑬(𝑹𝑪 + 𝑹𝑬) 𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐸 + 𝑉𝐸 = 𝑉𝐶𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 Considere o circuito abaixo operando na região ativa. Determine as tensões e correntes nos terminais Coletor, Base e Emissor. Transistor Bipolar de Junção Exemplo Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. Comparação do deslocamento do ponto quiescente com a variação do β. β 𝑰𝑩(𝝁𝑨) 𝑰𝑪(𝒎𝑨) 𝑽𝑪𝑬(𝑽) 50 47,1 2,35 6,83 100 47,1 4,71 1,64 β 𝑰𝑩(𝝁𝑨) 𝑰𝑪(𝒎𝑨) 𝑽𝑪𝑬(𝑽) 50 40,1 2,01 13,87 100 36,3 3,63 9,11 +100% −76% +81% −35% Transistor Bipolar de Junção Transistor Bipolar de Junção (TBJ) Prof. Gabriel Azevedo Fogli gabrielfogli@gmail.com b c e b Ie Ic Ic=α Ie re Ic=βIb b c e e Ib Ic Base-comum Grande sinais Transistor Bipolar de Junção 3- Polarização por Divisor de Tensão • As correntes e tensões são quase independentes de quaisquer variações em . Duas diferentes análises podem Ser empregadas neste circuito: • Análise exata; • Análise aproximada. Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. Transistor Bipolar de Junção 3a-Polarização por Divisor de Tensão Análise exata: Redesenhar a malha base-emissor pelo seu equivalente de Thévenin. Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. a) Malha base-emissor: 𝑇ℎ = 𝑉𝐶𝐶 𝑅2 𝑅1 + 𝑅2 𝑅𝑇ℎ = 𝑅1||𝑅2 𝐼𝐵 = 𝑇ℎ − 𝑉𝐵𝐸 𝑅𝑇ℎ + β + 1 𝑅𝐸 𝑉𝐵 = 𝑉𝐵𝐸 + 𝑉𝐸 = 𝑉𝐵𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 b) Malha Coletor-emissor: 𝑉𝐶𝐶 = 𝑅𝐶𝐼𝐶 + 𝑉𝐶𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶𝑅𝐶 − 𝐼𝐸𝑅𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − β𝐼𝐵𝑅𝐶 − β + 1 𝐼𝐵𝑅𝐸 Assumindo 𝐼𝐸 ≅ 𝐼𝐶: 𝑽𝑪𝑬 ≅ 𝑽𝑪𝑪 − 𝑰𝑬(𝑹𝑪 + 𝑹𝑬) 𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐸 + 𝑉𝐸 Transistor Bipolar de Junção 3b-Polarização por Divisor de Tensão Análise aproximada: Desprezar 𝑰𝑩. Para resultados aceitáveis deve-se atender: Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. a) Malha Base-emissor: 𝑉𝐵 = 𝑉𝐶𝐶 𝑅2 𝑅1 + 𝑅2 𝑉𝐸 = 𝑉𝐵 − 𝑉𝐵𝐸 b) Malha Coletor-emissor: 𝑉𝐶𝐶 = 𝑅𝐶𝐼𝐶 + 𝑉𝐶𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶𝑅𝐶 − 𝐼𝐸𝑅𝐸 𝐼𝐸 = 𝑉𝐸/𝑅𝐸 Assumindo 𝐼𝐸 ≅ 𝐼𝐶: 𝑽𝑪𝑬 ≅ 𝑽𝑪𝑪 − 𝑰𝑬(𝑹𝑪 + 𝑹𝑬) 𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐸 + 𝑉𝐸 RE > 10R2 Assim, pode-se assumir: 𝑉𝐵 = 𝑉𝐶𝐶 𝑅2 𝑅1 + 𝑅2 IB << I1 e I1  I2 Transistor Bipolar de Junção Exemplo Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. Determine 𝑉𝐶𝐸 e 𝐼𝐶, utilizando a análise exata: Transistor Bipolar de Junção Exemplo Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. Determine 𝑉𝐶𝐸 e 𝐼𝐶, utilizando a análise exata: a) Malha base-emissor: 𝑇ℎ = 𝑉𝐶𝐶 𝑅2 𝑅1 + 𝑅2 𝑅𝑇ℎ = 𝑅1||𝑅2 𝐼𝐵 = 𝑇ℎ − 𝑉𝐵𝐸 𝑅𝑇ℎ + β + 1 𝑅𝐸 𝑉𝐵 = 𝑉𝐵𝐸 + 𝑉𝐸 = 𝑉𝐵𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 b) Malha Coletor-emissor: 𝑉𝐶𝐶 = 𝑅𝐶𝐼𝐶 + 𝑉𝐶𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶𝑅𝐶 − 𝐼𝐸𝑅𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − β𝐼𝐵𝑅𝐶 − β + 1 𝐼𝐵𝑅𝐸 Assumindo 𝐼𝐸 ≅ 𝐼𝐶: 𝑽𝑪𝑬 ≅ 𝑽𝑪𝑪 − 𝑰𝑬(𝑹𝑪 + 𝑹𝑬) 𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐸 + 𝑉𝐸 Transistor Bipolar de Junção Exemplo Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. Determine 𝑉𝐶𝐸 e 𝐼𝐶, utilizando a análise aproximada: Transistor Bipolar de Junção Exemplo Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. Determine 𝑉𝐶𝐸 e 𝐼𝐶, utilizando a análise aproximada: a) Malha base-emissor: 𝑽𝑩 = 𝑽𝑪𝑪 𝑹𝟐 𝑹𝟏 + 𝑹𝟐 𝑽𝑬 = 𝑽𝑩 − 𝑽𝑩𝑬 b) Malha Coletor-emissor: 𝑉𝐶𝐶 = 𝑅𝐶𝐼𝐶 + 𝑉𝐶𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶𝑅𝐶 − 𝐼𝐸𝑅𝐸 𝐼𝐸 = 𝑉𝐸/𝑅𝐸 Assumindo 𝐼𝐸 ≅ 𝐼𝐶: 𝑽𝑪𝑬 ≅ 𝑽𝑪𝑪 − 𝑰𝑬(𝑹𝑪 + 𝑹𝑬) 𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐸 + 𝑉𝐸 Transistor Bipolar de Junção Exemplo Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. Comparação do deslocamento do ponto quiescente com a variação do β. β 𝑰𝑩(𝝁𝑨) 𝑰𝑪(𝒎𝑨) 𝑽𝑪𝑬(𝑽) 50 47,08 2,35 6,83 100 47,08 4,71 1,64 β 𝑰𝑩(𝝁𝑨) 𝑰𝑪(𝒎𝑨) 𝑽𝑪𝑬(𝑽) 50 40,1 2,01 13,87 100 36,3 3,63 9,11 +100% −76% +81% −35% β 𝑰𝑩(𝝁𝑨) 𝑰𝑪(𝒎𝑨) 𝑽𝑪𝑬(𝑽) 50 16,24 0,81 12,69 100 8,38 0,84 12,34 +3% −3% *Valores obtidos pela análise exata. Transistor Bipolar de Junção Transistor Bipolar de Junção (TBJ) Prof. Gabriel Azevedo Fogli gabrielfogli@gmail.com b c e b Ie Ic Ic=α Ie re Ic=βIb b c e e Ib Ic Base-comum Grande sinais Transistor Bipolar de Junção 4- Realimentação de Coletor • Outra opção para melhorar a estabilidade de um circuito de polarização é através da adição de um caminho de realimentação do coletor à base. • Neste circuito de polarização o ponto Q é “pouco” dependente do . Transistor Bipolar de Junção 4- Realimentação do Coletor a) Malha Base-emissor: 𝑉𝐶𝐶 = 𝐼𝐶 ′ 𝑅𝐶 + 𝐼𝐵𝑅𝐹 + 𝑉𝐵𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 𝐼𝐶 ′ = 𝐼𝐶 + 𝐼𝐵 = 𝐼𝐸 𝐼𝐶 ′ = 𝐼𝐸 𝐼𝐵 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸 𝑅𝐹 + (β + 1)(𝑅𝐶 + 𝑅𝐸) 𝑉𝐵 = 𝑉𝐵𝐸 + 𝑉𝐸 = 𝑉𝐵𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 b) Malha Coletor-emissor: 𝑽𝑪𝑬 = 𝑽𝑪𝑪 − 𝑰𝑪 ′ 𝑹𝑪 − 𝑰𝑬𝑹𝑬 = 𝑽𝑪𝑪 − 𝑰𝑬(𝑹𝑪 + 𝑹𝑬) 𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐸 + 𝑉𝐸 = 𝑉𝐶𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 𝐼𝐶 = β𝐼𝐵 𝐼𝐸 = 𝐼𝐵 + 𝐼𝐶 = (β + 1)𝐼𝐵 Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. 𝑉𝐵𝐸 ≅ 0,7𝑉 Transistor Bipolar de Junção Exemplo Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. Determine 𝑉𝐶𝐸 e 𝐼𝐶. Transistor Bipolar de Junção Exemplo a) Malha Base-emissor: 𝑉𝐶𝐶 = 𝐼𝐶 ′ 𝑅𝐶 + 𝐼𝐵𝑅𝐹 + 𝑉𝐵𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 𝐼𝐶 ′ = 𝐼𝐶 + 𝐼𝐵 = 𝐼𝐸 𝐼𝐶 ′ = 𝐼𝐸 𝐼𝐵 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸 𝑅𝐹 + (β + 1)(𝑅𝐶 + 𝑅𝐸) 𝑉𝐵 = 𝑉𝐵𝐸 + 𝑉𝐸 = 𝑉𝐵𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 b) Malha Coletor-emissor: 𝑽𝑪𝑬 = 𝑽𝑪𝑪 − 𝑰𝑪 ′ 𝑹𝑪 − 𝑰𝑬𝑹𝑬 = 𝑽𝑪𝑪 − 𝑰𝑬(𝑹𝑪 + 𝑹𝑬) 𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐸 + 𝑉𝐸 = 𝑉𝐶𝐸 + 𝐼𝐸𝑅𝐸 Fonte: BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 11ª, Pearson, 2013. Determine 𝑉𝐶𝐸 e 𝐼𝐶. Transistor Bipolar de Junção Transistor Bipolar de Junção (TBJ) Prof. Gabriel Azevedo Fogli gabrielfogli@gmail.com b c e b Ie Ic Ic=α Ie re Ic=βIb b c e e Ib Ic Base-comum Grande sinais Transistor Bipolar de Junção Guia de projeto para polarização CC • Em um projeto, a tensão e corrente devem ser especificadas, e os elementos que compõe o circuito devem ser determinados. • Primeira etapa: Definição do circuito de polarização. – É interessante escolher uma configuração com resistor de emissor para garantir uma melhor estabilização da polarização CC. – A partir da curva VCE x IC defina um ponto quiescente. Transistor Bipolar de Junção Guia de projeto para polarização CC • Com as informações VCC, VCE e IC ,determine as resistências da malha coletor-emissor. – Dimensione a tensão VE para que seja algo em torno de 1/4 a 1/10 da tensão de alimentação VCC; – Defina VCE  25% a 75% de VCC. • Em seguida, assuma a relação VB=VBE + VE e determine as resistências da malha base-emissor. • Atente-se a potência dissipada nos resistores! Transistor Bipolar de Junção Guia de projeto para polarização CC Determine as resistências para um circuito de polarização por divisor de tensão, em que VCC = 15 V. Transistor Bipolar de Junção Guia de projeto para polarização CC Determine as resistências para um circuito de polarização por divisor de tensão, em que VCC = 15 V. a) Assumindo 𝑉𝐸 = 1/4 𝑉𝐶𝐶 = 3,75 𝑉 b) Assumindo 𝑉𝐶𝐸 = 1/2 𝑉𝐶𝐶 = 7,5 𝑉 Transistor Bipolar de Junção Guia de projeto para polarização CC Determine as resistências para um circuito de polarização por divisor de tensão, em que VCC = 15 V. a) Assumindo 𝑉𝐸 = 1/4 𝑉𝐶𝐶 = 3,75 𝑉 b) Assumindo 𝑉𝐶𝐸 = 1/2 𝑉𝐶𝐶 = 7,5 𝑉 Transistor Bipolar de Junção Transistor Bipolar de Junção (TBJ) Prof. Gabriel Azevedo Fogli gabrielfogli@gmail.com b c e b Ie Ic Ic=α Ie re Ic=βIb b c e e Ib Ic Base-comum Grande sinais Transistor Bipolar de Junção Espelho de corrente • É um circuito CC no qual a corrente de saída é controlada por uma corrente em outra parte do circuito. • Assumindo que os dois TBJ sejam casados: 𝐼𝐶2 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸 𝑅 Transistor Bipolar de Junção Amplificador Darlington • A configuração Darlington alimenta a saída de um estágio diretamente na entrada do estágio seguinte. Transistor Bipolar de Junção Transistor Bipolar de Junção (TBJ) Prof. Gabriel Azevedo Fogli gabrielfogli@gmail.com b c e b Ie Ic Ic=α Ie re Ic=βIb b c e e Ib Ic Base-comum Grande sinais Transistor Bipolar de Junção Análise CA do TBJ Transistor Bipolar de Junção TBJ na configuração emissor-comum 26 e E mV r I = o Z   𝑍𝑖 = β𝑟𝑒 Modelo para grandes sinais. Modelo para grandes sinais. Transistor Bipolar de Junção Modelo re do TBJ ( Inclusão da Tensão Early) • A representação da impedância de entrada está satisfatória, contudo, a representação da impedância de saída do TBJ pode ser aprimorada. Considerando impedância de saída infinita. Inclusão da impedância de saída do TBJ. 𝑟𝑂 = 𝑉𝐴 𝐼𝐶,𝑄 Transistor Bipolar de Junção • A resistência de saída rO geralmente está na faixa de 40kΩ a 50kΩ. Modelo re do TBJ – configuração emissor-comum Transistor Bipolar de Junção Modelo de pequenos sinais do TBJ • Existem três modelos comumente usados na análise CA para pequenos sinais: – Modelo re; – Modelo híbrido equivalente; – Modelo π híbrido. • O que é um modelo de TBJ? – É a combinação de elementos de circuito, que melhor aproxima o funcionamento real sob condições específicas de operação. Transistor TBJ Substituição por elementos de circuito Modelo do TBJ Transistor Bipolar de Junção Obtenção o equivalente CA de um circuito com TBJ • Para nossa análise será utilizado o sistema de duas portas (dois pares de terminais de entrada e saída); • Por definição as correntes de entrada e saída são consideradas entrando no sistema. • A seguir será necessário obter o parâmetros que relacionam entrada e saída: – Zi → impedância de entrada; – Zo → impedância de saída; – Av → Ganho de tensão. Transistor Bipolar de Junção Modelo re do TBJ • Contudo, o modelo definido anteriormente pode ser difícil de lidar por causa da conexão direta entre os circuitos de entrada e saída; • Uma primeira melhoria pode ser feita substituindo o diodo por sua resistência equivalente. 26 e E mV r I = 𝑍𝑖 = β𝑟𝑒 o Z   Transistor Bipolar de Junção Análise CA “O teorema da superposição é aplicável à análise e ao projeto das componentes CC e CA de um circuito TBJ, permitindo a separação da análise das respostas CC e CA do sistema.” • A base para a análise para pequenos sinais é a utilização de circuitos equivalentes (modelos). • Um modelo utiliza elementos do circuito que se aproximam do comportamento do transistor. Transistor Bipolar de Junção Obtenção o equivalente CA de um circuito com TBJ • O teorema de superposição é aplicável à análise e ao projeto de circuitos TBJ, permitindo a realização inicial da análise CC antes da avaliação da resposta CA; • Os parâmetros definidos na análise CC são importantes para determinar o ponto de operação (ponto quiescente). Transistor Bipolar de Junção Obtenção do equivalente CA de um circuito com TBJ • Em resumo, o equivalente CA de um circuito a transistor é obtido: – Passo 1: Fixar as fontes de tensão CC em zero e substituindo-as por um curto-circuito; – Passo 2: Substituir os capacitores por um curto-circuito equivalente; – Passo 3: Redesenhar o circuito em uma forma mais conveniente e lógica. Passo 1 e 2 Passo 3 Transistor Bipolar de Junção Emissor-comum com polarização fixa • A entrada é aplicada à base; • A saída é retirada do coletor. CA equivalente Modelo re Transistor Bipolar de Junção Emissor-comum com polarização fixa o 10 C o o C v e i C v r R e (R ||r ) V A V r R A r  = = − = − Impedância de entrada: Impedância de saída: Ganho de tensão: 10 e E e i B e i R βr Z R ||βr Z βr  =  10 O o C o C o C r R Z R ||r Z R  =  Transistor Bipolar de Junção Emissor-comum com polarização fixa • Determine ZI, ZO e AV : – Considere ro muito maior que RC. – Refaça o exercício considerando ro = 50 kΩ. Transistor Bipolar de Junção Polarização por emissor-comum por divisor de tensão Transistor Bipolar de Junção Análise CA para Emissor-comum por divisor de tensão Impedância de entrada e i 2 1 R || βr Z R || R R  = =  Impedância de saída C ro 10RC o o C o R Z R || r Z   = Ganho de tensão o 10RC r e C i o v e o C i o v r R V V A r || r R V V A   − = = − = Transistor Bipolar de Junção Influência do capacitor de desvio CE • Afeta significativamente o ganho de tensão AV. Transistor Bipolar de Junção Configuração de seguidor de emissor • Análise caso a saída seja conectada ao emissor do TBJ. Transistor Bipolar de Junção Configuração com realimentação do coletor Análise CA F C e i R R β r Z + = 1 F C o R || R Z  e C i o v r R V V A = − = Impedância de entrada: Impedância de saída: Ganho de tensão: Transistor Bipolar de Junção Configuração com realimentação CC do coletor Transistor Bipolar de Junção Configuração com realimentação CC do coletor • Determine: – ZI , ZO e Av – Vo se Vi = 2 mV Transistor Bipolar de Junção Efeito de RL e RS A inclusão da resistência da fonte (Rs) e/ou da carga (RL) afetam o ganho. Transistor Bipolar de Junção Efeito de RL e RS Transistor Bipolar de Junção Determinação do Ganho de Corrente “Para cada configuração, o ganho de corrente pode ser determinado diretamente a partir do ganho de tensão, da carga definida e da impedância de entrada.” 𝐴𝑖 = 𝐼𝑂 𝐼𝐼 𝐼𝑂 = −𝑉𝑂 𝑅𝐿 𝐼𝑖 = 𝑉𝑖 𝑍𝑖 𝐴𝑖 = − 𝐴𝑣𝐿 𝑍𝑖 𝑅𝐿 Transistor Bipolar de Junção Configuração base-comum e e 26 mV r I = i e Z r = o   Z e L e L V r R r R A   = = −  −1 iA • Impedância de entrada: • Impedância de saída: • Ganho de voltagem: • Ganho de corrente: Transistor Bipolar de Junção Configuração base-comum • Baixa impedância de entrada. • Alta impedância de saída. • Ganho de corrente menor que a unidade. • Ganho muito alto de tensão. • Sem deslocamento de fase entre a entrada e a saída. Transistor Bipolar de Junção Exemplo Base-comum • Calcule Zi,Zo e AV Transistor Bipolar de Junção Exercícios • Calcule Zi,Zo e AV • VCC = 15V, β=100 Transistor Bipolar de Junção Exercícios: Calcule o ganho de tensão do circuito abaixo (β = 150, Vcc=15): Transistor Bipolar de Junção Exercícios: • Calcule Zi,Zo e AV